DE102007021903A1

DE102007021903A1 - Bedienvorrichtung

Info

Publication number: DE102007021903A1
Application number: DE102007021903A
Authority: DE
Inventors: Dirk Beilker; Alice Drazek; Josef Werner
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2006-10-31
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2008-05-08
Also published as: EP1919083B1; EP1919083A3; EP1919083A2

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedienvorrichtung mit einer um eine Drehachse 2 drehbaren Handhabe 1, mittels der ein Dauermagnetring 5 um die Drehachse 2 drehbar antreibbar ist, der eine erste zur Drehachse 2 senkrechte Ebene 6 aufweist. Dabei sind mehrere Hallsensoren 8, 8', 8'' in einer zur ersten Ebene 6 parallelen zweiten Ebene 7 fest angeordnet, durch die Signale erzeugbar sind, die einer Auswerteeinheit zur Ermittlung der Drehposition der Handhabe 1 zuleitbar sind. Die wenigstens drei Hallsensoren 8, 8', 8'' sind mit gleichem radialen Abstand zur Drehachse 2 und in einem Winkelabstand zueinander im Bereich des Magnetfelds des diametral magnetisierten Dauermagnetrings 5 angeordnet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Bedienvorrichtung mit einer um eine Drehachse drehbaren Handhabe, mittels der ein Dauermagnetring um die Drehachse drehbar antreibbar ist, der eine erste zur Drehachse senkrechte Ebene aufweist, wobei mehrere Hallsensoren in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene fest angeordnet sind, durch die Signale erzeugbar sind, die einer Auswerteeinheit zur Ermittlung der Drehposition der Handhabe zuleitbar sind.
Bei einer derartigen Bedienvorrichtung ist es bekannt mindestens zwei Dauermagnetringe zu verwenden, wobei der eine Dauermagnetring den anderen Dauermagnetring umschließt. Jeder Dauermagnetring ist radial umlaufend mit einer Vielzahl Magnetpolen ausgebildet, die Kreissegmente bilden.
Jedem Dauermagnetring ist ein Hallsensor zugeordnet, wobei die Hallsensoren digitale Signale erzeugen.
Ein solcher Aufbau ist aufwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es daher eine Bedienvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen Aufbau mit wenigen Bauteilen aufweist und einen geringen Bauraum benötigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die wenigstens drei Hallsensoren mit gleichem radialem Abstand zur Drehachse und in einem Winkelabstand zueinander im Bereich des Magnetfeldes des diametral magnetisierten Dauermagnetrings angeordnet sind.
Dabei wird neben der Lösung der Aufgabe weiterhin eine hohe Lebensdauer erreicht, da mechanische Beanspruchungen der Bauteile durch eine galvanische Trennung vermieden werden.
Vorzugsweise sind die wenigstens drei Hallsensoren in einem gleichen Winkelabstand zueinander angeordnet. Dies muss aber nicht sein, da die Winkelposition der Hallsensoren bei der Berechnung des Summenvektors berücksichtigt wird.
Eine Vereinfachung der Leitungsverbindungen der Hallsensoren wird dadurch erreicht, dass die Hallsensoren auf einer Leiterplatte angeordnet sind, wobei auf der Leiterplatte auch eine Auswerteelektronik angeordnet sein kann, so dass sich ein kompakter Aufbau ergibt.
Ist die Handhabe rohrartig mit einem durchgehenden Zylinderraum ausgebildet und in dem Zylinderraum eine Anzeige- und/oder Betätigungseinheit angeordnet, so entsteht ein zusätzlich nutzbarer Platz in der Mitte der Bedienvorrichtung.
Diese Anzeige- und/oder Betätigungseinheit kann beispielsweise für Funktions- oder Suchbeleuchtung oder als Taster genutzt werden.
Der Montageaufwand wird besonders dadurch reduziert, dass die Anzeige- und/oder Betätigungseinheit auf der Leiterplatte fest angeordnet ist.
Von der Auswerteeinheit können aus den von jedem Hallsignal erfassten Spannungen Bezugsvektoren und aus den Bezugsvektoren ein resultierender Summenvektor ermittelbar sein, entsprechend dessen Winkelposition ein Positionssignal erzeugbar ist.
Das Positionssignal bestimmt dabei die von der Handhabe eingenommene Position.
Ist von der Auswerteeinheit ein Ausfall eines der Hallsensoren erfassbar und ein dem ausgefallenen Hallsensor zugeordneter fester insbesondere mittlerer Spannungswert zur Ermittlung des resultierenden Summenvektors verwendbar, so wird auf diese Weise eine drastische Verfälschung des Summenvektors vermieden. Das ermittelte Positionssignal ist dann zwar nicht ganz korrekt, würde sich aber sehr stark dem richtigen Wert annähern. Damit kann ein totaler Ausfall des Systems verhindert werden.
Auch durch Verwendung von einer höheren Anzahl als von drei Hallsensoren wie z. B. von 4, 5, 6 oder mehr Hallsensoren kann durch eine höhere Redundanz die Größe eines Fehlers verringert werden. Die Genauigkeit der berechneten Winkelposition erhöht sich mit der Anzahl der Hallsensoren.
Von der Auswerteeinheit kann der Betrag des Summenvektors ermittelbar und der Dauermagnetring aus einer Normalposition, in der der Betrag des Summenvektors ein niedrigerer Normalsummenvektorbetrag ist, in eine den Abstand zwischen Dauermagnetring und Hallsensoren verringernde Schaltposition, in der der Betrag des Summenvektors ein erhöhter Schaltsummenvektorbetrag ist, bewegbar sein, wobei bei Überschreitung eines bestimmten Betrages des Summenvektors ein Schaltsignal erzeugbar ist und wobei der bestimmte Betrag des Summenvektors zwischen dem Normalsummenvektorbetrag und dem Schaltsummenvektorbetrag liegt.
Da der Betrag des Summenvektors auch in hohem Maß gleichmäßig von der magnetischen Flussdichte beeinflusst wird, die bei sich verringerndem Abstand des Dauermagnetrings zu den Hallsensoren zunimmt, ist dies zur Erzeugung des Schaltsignals nutzbar und eine zusätzliche Tastfunktion der Bedienvorrichtung realisierbar. Die Bedienvorrichtung kann somit als Dreh/-Drücksteller arbeiten.
Zur Eindeutigkeit der Schaltsignalauslösung kann der bestimmte Betrag des Summenvektors eine Hysterese aufweisen.
Damit bei normaler Drehbetätigung der Handhabe der Dauermagnetring sicher in seiner Normalposition verbleibt, kann der Dauermagnetring entgegen einer Federkraft aus seiner Normalposition in seine Schaltposition bewegbar sein.
Die Handhabe und der Dauermagnetring sind vorzugsweise fest miteinander verbunden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Bedienvorrichtung
2 eine Draufsicht auf einen Dauermagnetring der Bedienvorrichtung nach 1 und
3 eine Vektordarstellung der von den Hallsensoren der Bedienvorrichtung erfassten Spannungen
4 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Bedienvorrichtung.
Die dargestellte Bedienvorrichtung weist eine Handhabe 1 auf, die um eine Drehachse 2 drehbar gelagert und manuell um die Drehachse 2 drehbar ist.
Über ein koaxiales Verbindungsstück 3 ist die Handhabe 1 drehfest mit einem innerhalb eines Gehäuses 4 angeordneten Dauermagnetring 5 verbunden, der eine zur Drehachse 2 sich radial erstreckende erste Ebene 6 aufweist.
In einem Abstand den Dauermagnetring 5 axial gegenüberliegend sind in einer sich radial zur Drehachse 2 erstreckenden zweiten Ebene 7 drei Hallsensoren 8, 8' und 8'' auf einer Leiterplatte 9 fest angeordnet.
Die Hallsensoren 8, 8', und 8'' weisen gleichen Abstand zur Drehachse 2 und gleichen Winkelabstand zueinander auf.
Der Dauermagnetring 5 besitzt eine diametrale Magnetisierung, in deren Magnetfeld sich die Hallsensoren 8, 8' und 8'' befinden.
Durch das Magnetfeld des Dauermagnetrings 5 werden in den Hallsensoren 8, 8' und 8'' sog. Hallspannungen erzeugt, die entsprechend der jeweiligen Winkelpositionen der Hallsensoren 8, 8' und 8'' zum Dauermagnet 5 variieren.
Diese Hallspannungen werden als Hallspannungssignale über nicht dargestellte Leiterbahnen der Leiterplatte 9 einer Auswerteelektronik 10 zugeführt, die ebenfalls auf der Leiterplatte 9 angeordnet ist.
Von der Auswerteelektronik 10 werden aus den einzelnen Hallspannungssignalen jedes Hallsensors 8, 8' und 8'' Bezugsvektoren 11, 11' und 11'' ermittelt und aus den Bezugsvektoren 11, 11' und 11'' ein Summenvektor 12 gebildet.
Die Richtung dieses Summenvektors gibt die Winkelposition der Handhabe 1 an.
Diese Bedienungsvorrichtung ist ein Absolutwertgeber. Dies bedeutet, dass er direkt nach einem Einschalten den absoluten Positionswert richtig zuweisen kann.
Sollten an allen drei Hallsensoren 8, 8' und 8'' Störungen durch z. B. Temperaturdrift, Änderungen am Magnetfeld, Spannungsoffset oder elektromagnetische Störungen auftreten, so ändern sich die Beträge der Bezugsvektoren 11, 11' und 11'' proportional. Der Winkel des Summenvektors 12 wird also von den Störungen nicht beeinflusst und ein fester Bezugspunkt wie z. B. die Drehachse 2 ist nicht erforderlich.
Eine derartige Bedienvorrichtung kann z. B. als Drehsteller für verschiedene elektrische oder elektronische Geräte benutzt werden, bei denen eine Drehbewegung der Handhabe in ein elektrisches Signal umgewandelt werden soll. Im Zusammenhang mit elektrischen Kraftfahrzeugkomponenten werden derartige Bedienvorrichtungen beispielsweise bei Klimabediengeräten zur Einstellung der gewünschten Innentemperatur oder einer Luftverteilung im Fahrzeug eingesetzt. Ein Einsatz der Bedieneinrichtung ist auch wahlweise als Absolutwertgerber oder Inkrementalgeber oder auch als Mischung von beidem möglich. Bei einem Einsatz in einem Kraftfahrzeug ist auch eine Anwendung als Lenkwinkelpositionsgeber, Radpositionsgeber oder als universelles Mensch-Maschine-Interaktions-Eingebeelement (MMI-Eingabeelement) denkbar.
Das in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel der Bedienvorrichtung entspricht weitgehend dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.
Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 ist die Einheit aus Handhabe 1 und Dauermagnetring 5 aus einer angehobenen Normalposition in eine abgesenkte Schaltposition bewegbar. Dies erfolgt entgegen der Kraft einer Druckfeder 13, die mit ihrem einen Ende an der Leiterplatte 9 abgestützt ist und mit ihrem anderen Ende den Dauermagnetring 5 beaufschlagt. In 4 ist neben der mit durchgezogener Linie dargestellten Normalposition des Dauermagneten 5 und dessen erster Ebene 6 mit unterbrochener Linie auch die Unterseite des Dauermagneten 5 und dessen erste Ebene 6' in der Schaltposition dargestellt.
In der Normalposition ist entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 3 die Winkelposition der Handhabe 1 erfassbar.
Erfolgt durch Drücken der Handhabe 1 ein Absenken in die Schaltposition, nimmt die von den Hallsensoren 8, 8' und 8'' erfasste Flussdichte zu. Durch die Auswerteelektronik 10 wird aufgrund der Signale der Hallsensoren 8, 8' und 8'' auch der Betrag des Summenvektors 12 ermittelt, der sich gegenüber der Normmalposition in der Schaltposition erhöht. Wird dabei ein bestimmter Betrag des Summenvektors 12 überschritten, erzeugt die Auswerteelektronik 10 ein Schaltsignal. Damit ist die Bedienvorrichtung als Dreh-/Drücksteller verwendbar.

1: Handhabe
2: Drehachse
3: Verbindungsstück
4: Gehäuse
5: Dauermagnetring
6: erste Ebene
6': erste Ebene abgesenkt
7: zweite Ebene
8: Hallsensor
8': Hallsensor
8'': Hallsensor
9: Leiterplatte
10: Auswertelektronik
11: Bezugsvektor
11': Bezugsvektor
11'': Bezugsvektor
12: Summenvektor
13: Druckfeder

Claims

Bedienvorrichtung mit einer um eine Drehachse drehbaren Handhabe, mittels der ein Dauermagnetring um die Drehachse drehbar antreibbar ist, der eine erste zur Drehachse senkrechte Ebene aufweist, wobei mehrere Hallsensoren in einer zur ersten Ebene parallelen zweiten Ebene fest angeordnet sind, durch die Signale erzeugbar sind, die einer Auswerteeinheit zur Ermittlung der Drehposition der Handhabe zuleitbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens drei Hallsensoren (8, 8', 8'') mit gleichem radialem Abstand zur Drehachse (2) und in einem Winkelabstand zueinander im Bereich des Magnetfeldes des diametral magnetisierten Dauermagnetrings (5) angeordnet sind.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hallsensoren (8, 8', 8'') auf einer Leiterplatte (9) angeordnet sind.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Leiterplatte (9) eine Auswerteelektronik (10) angeordnet ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe rohrartig mit einem durchgehenden Zylinderraum ausgebildet ist und in dem Zylinderraum eine Anzeige- und/oder Betätigungseinheit angeordnet ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige- und/oder Betätigungseinheit auf der Leiterplatte fest angeordnet ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (10) aus den von jedem Hallsensor (8, 8', 8'') erfassten Spannungen Bezugsvektoren (11, 11', 11'') und aus den Bezugsvektoren (11, 11', 11'') ein resultierender Summenvektor (12) ermittelbar ist, entsprechend dessen Winkelposition ein Positionssignal erzeugbar ist.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (10) ein Ausfall eines der Hallsensoren (8, 8', 8'') erfassbar und ein dem ausgefallenen Hallsensor (8, 8', 8'') zugeordneter fester insbesondere mittlerer Spannungswert zur Ermittlung des resultierenden Summenvektors (12) verwendbar ist.
Bedienvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von der Auswerteeinheit (10) der Betrag des Summenvektors (12) ermittelbar und der Dauermagnetring (5) aus einer Normalposition, in der der Betrag des Summenvektors (12) ein niedrigerer Normalsummenvektorbetrag ist, in eine den Abstand zwischen Dauermagnetring (5) und Hallsensoren (8, 8', 8'') verringernde Schaltposition, in der der Betrag des Summenvektors (12) ein erhöhter Schaltsummenvektorbetrag ist, bewegbar ist, wobei bei Überschreitung eines bestimmten Betrages des Summenvektors (12) ein Schaltsignal erzeugbar ist und wobei der bestimmte Betrag des Summenvektors (12) zwischen dem Normalsummenvektorbetrag und dem Schaltsummenvektorbetrag liegt.
Bedienvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, dass der bestimmte Betrag des Summenvektors (12) eine Hysterese aufweist.
Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnetring (5) entgegen einer Federkraft aus seiner Normalposition in seine Schaltposition bewegbar ist.
Bedienvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Handhabe (1) und der Dauermagnetring (5) fest miteinander verbunden sind.